当前位置:首页 > 行业新闻 > > PS3专用图形处理器RSX专业技术分析

PS3专用图形处理器RSX专业技术分析

中国投影网行业资讯　2008-7-10 11:33:27　编辑：羽彤　[ 大中小 ]

一：RSX图形芯片就是Geforce 7800 GTX翻版?

　　Sony电脑娱乐(SCEI)与Nvidia公司合作开发下一代PlayStation 3游戏机，搭载了Nvidia公司开发的代号为“RSX(Reality Synthesizer现实合成器)”的图形芯片，这个图形芯片可以看作是Nvidia GeForce GPU 7800 GTX(G70)的兄弟版本。

　　Nvidia的首席工程师David B. Kirk称，关于两款GPU芯片的“Shader架构”，RSX和G70并没有什么差别，两者的差别集中在生产工艺，系统总线，记忆体频宽等方面。如G70采用TSMC的110nm工艺制造，采用PCI-E x16接口，搭载256Bit带宽的GDDR3记忆体，而RSX则采用SONY/Toshiba的90nm 工艺，FlexIO前端总线架构搭配128bit记忆体宽度。

　　为什么说G70和RSX在Shader架构上没有区别呢，原因有几个，最主要的根据来自与Nvidia在E3大展上公开发表的RSX规格说明，证实RSX每个周期能够运行136 shader运算。Xbox 360所使用的GPU来自于ATI所开发的R500，根据微软透露的资料显示，R500每个周期可执行96个Shader操作(运行频率500MHz)，也就是每秒可执行480亿个Shader指令，这一数值要高过Nvidia的RSX。“每秒执行的Shader操作”这种叫法来源于ATI;而Nvidia则称之为“每秒执行的指令数”，这是因为Nvidia同时计算了一次Shader操作中所导致的复述操作，所以Nvidia在关于RSX Shader结构的规格计算方法和ATI的截然不同，这在E3大展上面也曾成为议论点。

　　按照Nvidia的计算方法，RSX的“每周期136个Shader操作指令”的参数实际上与G70相同(因为G70的架构为8VS/24PS，而G70的每个VS流水线等价于2个指令/周期，PS流水线等价于8指令/周期)，故RSX和G70均为每周期136个Shader操作。换句话说，如果观察周期指令运算能力的话，你会发现G70和RSX的Shader架构几乎完全相同，因为RSX也是具备8VS和24PS流水线，这一点和G70完全相同。

　　事实上，公开表示G70和RSX拥有相同的架构的著名业界人士透露，由于Nvidia直到去年的夏天才和Sony电脑娱乐(SCEI)最终确定合作事宜，Nvidia 实际上根本没有足够的时间来为PS3着身定制一款专门的图形芯片。

　　目前我们可以假定，RSX实际上和G70是基本相同的同一架构的图形芯片，甚至连晶体管的个数都差不多(此前传RSX是包括3亿只晶体管，而G70为3.02亿)由于G70的PCI-E x16架构对于带宽的要求比RSX的FlexIO前端总线高的多，因此G70的显存带宽是RSX的两倍不难理解。

二:RSX的Shader运算能力比G70增长28%?

　　G70的Shader架构，其实是以GeForce 6800(NV40)为基础，不过对Pixel Shader的并行运算( parallelism )进行了加强;例如，NV40在Pixel Shder内部拥有2个引导操作单元，不过其中的1个单元不能执行1个周期内芯片演算的数据量总和，而G70则能做到这一点，而我们现在猜测RSX同G70一样。

　　虽然G70和RSX的Shader架构几乎完全相同，但是两者的性能还是有差距的，原因在于运行频率的高低，根据Nvidia的官方数据，G70的默认频率为430MHz，而RSX为550MHz，频率方面的差距在28%,那么两者的Shader运算性能差距能够达到理论上的28%吗?

　　根据Nvidia公布的G70资料显示，Vertex Shader引擎具备4路 VLIW单元和1个梯状单元，可以并行处理5个数据;故计算得知一个周期内包括10个浮点指令操作，而G70的Vertex Shader引擎数目是8条，因此，最近计算得到的G70浮点运算能力为:

　　(4路+1梯形) X 2FP(浮点操作 MADD) = 10FP/周期;10个FP(浮点操作)×8Shader×430MHz=34.4GFlops

　　而G70的Pixel Shader引擎中，具备2个梯形操作单元以及4路×2 SIMD单元，此外还拥有可以处理处理算数指令(mini ALU)的FP16规格化处理单元(共7路)，因此，G70的Pixel Shader引擎浮点效能如下:

　　((4路 x 2 单元 + 2梯形单元) x 2 FP) + 7 规格化处理器单元 = 27 FP操作/周期:27 FP x 24 Shader x 430MHz = 278.6GFLOPS

有了这样的计算公式，我们可以很轻松地计算出频率为550MHz的RSX的Vertex Shader和Pixel Shader引擎的浮点运算能力:

　　Vertex Shader

　　10 FP x 8 Shader x 550MHz = 44GFLOPS

　　Pixel Shader

　　27 FP x 24 Shader x 550MHz = 356.4GFLOPS

　　总共为44GFLOPS + 356.4GFLOPS = 400.4GFLOPS

　　而 Xbox 360 GPU(R500)的Shader浮点运算能力为240GFLOPS，虽然数值上仅为RSX的60%，但是由于R500和RSX在开发架构上有不小的区别，RSX是分离的VS/PS设计，Xbox 360 GPU是一体化的设计，故R500的实际性能并不能仅从数字上来判断。

三:FlexIO的带宽决定了如何使用GPU

　　可以这么说，G70和RSX最大的不同在于其总线技术(Host bus)，G70支援PCI-Express x16总线技术，而RSX则使用Rambus的FlexIO(Redwood红木)总线技术。

　　我们知道，总线的并行结构与高频率、布线难度素来就是矛盾:并行总线存在严重的信号干扰，无法稳定工作在较高的频率下、传输性能极为有限，且总线宽度越大、工作频率越高，对布线工作要求就越苛刻，这就造成并行总线的性能很难有继续提升的空间。为此，计算机内的高速总线无一例外均转向串行体系，如PCI Express、HyperTransport、Serial ATA、IEEE1394a/b、USB 2.0等等—但RAMBUS公司提出的FlexIO总线技术却是一个例外，它以并行模式工作，工作频率高达6.4GHz，且布线工作相当容易，完全克服了并行总线的“先天弊病”。

　　众所周知PCI-Express x16的带宽为4GB/S，如果双向传输则可达到8GB/S;但是FlexIO总线中Cell-RSX的传输速度最高可以达到20GB/S以上，RSX-Cell的传输速度可以达到15GB/S以上，是PCI-E x16的5倍以上。较高的总线带宽，有利于CPU和GPU的协同工作和数据分配;而对于总线带宽相对较小的PC来说，GPU与CPU的沟通则显得不太方便。对于这点，我们会进行进一步的细节说明。

　　使用的FlexIO的总线另外一个优势在于，即使装备Cell 96bit带宽其侧面仅占据13.1平方mm，RSX的侧面因为带宽的变大而变得狭窄，并且有可能比13.1平方mm还要更小。

　　顺便提及的是，具备并行接口的FlexIO总线很容易组成8bit运算单元，标准传输率为6.4Gbps。但是SONY公布的PS3的资料中，20GB/S的Cell-RSX和15GB/S RSX-Cell的传输速率并不吻合。传输速率下降为5Gbps，符合下32bit和上24bit的计算，因为这个原因，FlexIO的传输速率有可能会掉到5Gbps。目前，PS3的Cell处理器以及XDR DRAM记忆体的运行频率已经确定了，随着CPU频率的下降，XDR DRAM的传输速率也会下降。但是，FlexIO被看成是异步模式下工作的。

四:RSX和G70记忆体接口架构对比

　　G70和RSX的另一个差别在于显存记忆体的带宽，为PC所设计的G70采用了256bit带宽的GDDR3记忆体，而RSX采用了128bit带宽的GDDR3记忆体，不过显存的容量相同均为256MB。

　　目前RSX的记忆体控制器的架构图仍然只是处在猜测阶段;根据NV40/G70的架构，显存记忆体控制器分为4个分块，每个分块均连接到DRAM控制器，带宽均为64bit。同时有每个分块同时连接4个ROP(像素结果输出处理器)像素单元，此外分块之间也相互连接，因此总共具备16个ROP。这些ROP像素单元以每条2×2像素流水线为单位分为4组，在需要的情况下，这些ROP单元能实现alpha混合和附加的Z/Stencil功能，这让它可以每个时钟频率处理32个Z/Stencil运算，还完全支持Multiple Render Targets(多重着色目标)和加速的阴影着色能力。

　　我们假定RSX和G70采用同样的设计，每个记忆体分块连接有4个ROP像素单元，而每个记忆体分块都连接到DRAM记忆体，并且被分配到32bit带宽;如果我们假设有8个ROP像素单元的话，那么就表明连接到DRAM控制器的部分拥有64bit带宽。

最后要提到的是，此前Nvidia透露的资料显示PlayStation3游戏机，具备256MB XDR DRAM@3.2GHz的系统内存，以及256MB GDDR3@700MHz的显存。

五:RSX和G70的制造工艺对比

　　前面也曾提到，RSX和G70采用了不同的制造工艺进行生产，G70采用了和NV4x相同的TSMC 0.11微米制造工艺，制造工艺相当成熟，内部集成3.02亿个晶体管，这是迄今为止显示芯片晶体管集成数目的世界纪录;而RSX采用Sony/Toshibia的0.09微米制造，内部集成了3.0亿晶体管。在显示核心面积上，0.11微米制程的G70面积为300平方mm，而90nm工艺的RSC面积仅为G70的70%左右，在200～250平方mm之间;而PS3的上一代PS2的显示核心采用0.25微米制程，面积为279平方mm。而随着芯片制造的进步，未来65nm和45nm制造工艺的芯片表面积降可以控制在100平方mm以内。

更多相关： 投影机维修微型投影机 图形处理器